RAID-Systeme

1. RAID-Systeme Von Petra Scheffler, Marc Langer und Oliver Bergmann

2. RAID-SYSTEME • Historie • RAID Grundlagen • RAID-Level - (Single-RAID-Modi & Nested-Modes) - ECC-Code und XOR-Funktion • Hardware und Software RAID unter Windows unter Linux • RAID-Vorteile und Weiterentwicklung Themenübersicht

3. Historie • Absicht: Kosten für Massenspeicherung zu verringern • 1987 Veröffentlichung der Performance-steigerung durch ein Doktoranten Team der University of California, Berkeley • Prinzip:Daten auf mehrere kleinere Platten und eine große zu verteilen • MTBF sinkt RAID-Stufen-Entwicklung

4. RAID • Akronym: "Redundant Array of Inexpensive/Independent Disks“ • Konfiguration, die aus mehreren HDDs für Daten, einem Laufwerk für Parity-Informationen und einem speziellen Controller besteht. • Array-Technologie • Fehlererkennungs- und Wiederherstellungsmethoden

5. RAID-Grundlagen • RAID-Technologie beruht auf Stripe-Sets • Platten werden in gleichgroße Stücke „Chunks“ aufgeteilt • Stücke in einer Ebene: Streifen oder Stripes • Kleine Datenblöcke (kByte) werden auf mehrere Festplatten verteilt • Das Wort „Level“ bedeutet nicht zwangsläufig eine Verbesserung der RAID-Verfahren

6. Single-RAID-Modi JBOD – Just a bunch of disks -„Drive Spanning“ • Aneinanderkettung von Festplatten unterschiedlicher Umdrehungszahl oder Größe • keine Verbesserung von Geschwindigkeit und/ oder Datensicherheit • Laufwerke werden unabhängig voneinander angesprochen • Vorteil: - Rettung der Restdaten - verwendbar von nahezu jedem System durch Hardware-Controller oder Software-Treiber

7. RAID-Level 0 – Data Striping • Non-Redundant Stripe-Array -> Datenverlust • Keine Sicherheit • Jeder Streifen eines Datenblocks wird blockweise auf einer separaten HDD gespeichert • Paralleles Lesen undrespektives Schreiben • Ohne Parity • Höherer Datendurchsatz Anwendung: CAD/CAM oder Audio- und Videobearbeitung

8. RAID-Level 1 – Data Mirroring / Drive Duplexing • Datenspiegelung aufmind. 2 Festplatten • Redundanz zu 100% • Kein Performancegewinn • Hardware- und Softwaresteuerung möglich • Höchste Datensicherheit • Doppelter Speicherplatznötig

9. RAID-Level-3 + 4 – Data Striping + XOR-Parity • Datenaufteilung in einzelne Bytes mit Parity-Check • Nur binäre Informationen • Simultaner Zugriff • Hot swap • 100%-ige Datenrekonstruktion möglich • Synchronisation der Kopf- positionen der Laufwerke Anwendung: Kaum noch, da wenig Vorteile

10. Hot-Swap / Hot Plug • Austausch einer defekten HDD im Betrieb • Ersatzfestplatte wird manuell getauscht • Während Hot Plug besteht weiterhin volle Datenverfügbarkeit • Hot Plug im ICP RAID integriert und unter jedem unterstütztem Betriebssystem verfügbar • Einbindung geschieht automatisch durch das Hot Plug Programm

11. ECC-Code & XOR- Verfahren Das Ergebnis der Verknüpfung ist dann 1, wenn eine ungerade Anzahl von Bitstellen eine 1 aufweist. Bei einer geraden Anzahl dagegen ist das Ergebnis 0

12. Fehlerkorrektur durch Parity

13. RAID-Level-5 -Data Striping + XOR Interleave Block Level Parity • Paritätsdaten werden auf allen Festplatten im Verband gleichmäßig verteilt (blockweise)-> erhöhte Schreibzugriffe • optimale Auslastung der Laufwerke • Prüfsummenbildung sektorweise • Gute Datenverfügbarkeit • Hot-swap • Gelungener Kompromisszwischen Kosten, Redundanz & Geschwindigkeit Anwendung: Server- und festplattenintensiven Workstationbereich

14. RAID-Level-6 Data Striping + Two Independend XOR Interleave Block Level Parity • Zwei Plattenausfälle möglich, sonst keine XOR Rekonstruktion möglich • Zusätzliches Parity-Laufwerk • Langsamere Schreibzugriffe • Höchste Datensicherheitdurch weitere unabhängige Paritätsinformation auf weiterem Laufwerk

15. RAID-Level-7 asynchrones, gecachtes Striping mit dedizierter Parity-Platte • Hersteller: Storage Computer Corporation • basierend auf RAID-Level 3 und 4 • Asynchrone Verwaltung des Arrays • Beschleunigung von Lese- und Schreiboperationen • zusätzliches Echtzeitbetriebssystem im Controller • Schnelle Datenbusse und mehrere große Pufferspeicher koppeln die Laufwerke vom Bus ab=> Controllerunabhängiger I/O-Bus

16. RAIDsches Dreieck • Direkter Zusammenhang der drei Komponenten eines jeden RAID System Geschwindigkeit Preis € Datensicherheit

17. Kombination von RAID 1 mit RAID 0 Vereinigung der Eigenschaften der beiden "Mutter-Levels" - Sicherheit und sequentielle Performance redundanten Speicherung von großen Dateien Keine Parity-Berechnung-> sehr schnelle Schreibzugriffe RAID 30:wenn große Dateien sequentiell übertragen werden sollen RAID 50:-große Datensicherheit- schnelle Zugriffszeiten - hohe Datentransferraten Beide Kombinationen wurden von AMI entwickelt Nested-Modes / Modifikationen von RAID-Leveln RAID 10 oder RAID 1+0 Weitere Kombinationen

18. Hardware- vs. Software-RAID

19. Software RAID unter Windows • Unterscheidung Workstation <-> Server • Plattenunterstützung • Installation • Performance

20. RAID unter Linux • Hardware-RAID-Controller • Software-RAID (Level 0, 1, 5 und 10):- „Multiple Device Driver for Linux“- Paket „raidtools“ installieren- /dev/md0 und /proc/mdstat- /etc/raidtab- Erstellung mit mkraid- raidhotadd

21. Vorteile von RAID • Kostengünstige und hochkapazitiveSpeicherung • Hohe Transferraten • Hohe I/O-Raten • Gute Ausfallsicherheit • Einzelnes logisches Volumen • Schnellerer Datenzugriff • Bessere Verwaltung

22. RAID-Weiterentwicklung • Ausfallsicherheit • Hierarchische Speicherorganisation (HSM) • Intelligente Speicherverwaltungssysteme • Leistungsverbesserung (Beschleunigung XOR) • Cache-Optimierung • Gemeinsames Schreiben von Teildaten(log structured write) • Verbesserte Zugriffsschutzmechanismen • Automatische (Re-)Konfiguration bei Laufwerken • Speicherlaufwerke direkt am Netz ohne Server (NAS)

23. Ende Wir bedanken uns für euer Interesse und eure Aufmerksamkeit !